تاريخ الدم الاصطناعي: كيف أصبحت الجثث والثيران والحيتان متبرعين

تحتفل روسيا اليوم باليوم الوطني للمتبرعين ، الذي بدأ تكريما للحدث الذي وقع في 20 أبريل 1832. في ذلك اليوم ، نجح طبيب التوليد في سانت بطرسبرغ أندريه وولف في إجراء عملية نقل دم لأول مرة إلى امرأة تعمل في نزيف.

تحتاج موسكو وحدها إلى أكثر من 200 لتر من الدم يوميًا. في المتوسط ​​، في العاصمة وحدها ، يتم نقل ما يصل إلى 50 ألف لتر من مكونات الدم المتبرع بها سنويًا - ويتم إضافة الباقي من مناطق أخرى في روسيا. ناهيك عن وجود تركيز كبير من المانحين في مكان ما في البلد - لضمان الطلب الكامل ، من الضروري أن يكون هناك 40-60 شخصًا لكل ألف شخص ، ولكن هذا الرقم أقل ولا ينمو على مر السنين.

نتحدث بانتظام عن المشاريع الخيرية التي يمكن للجميع المشاركة فيها - بما في ذلك كمانح. ولكن بما أنه لا يوجد ما يكفي من الدم من مصدر "طبيعي" ، فيجب البحث عن بدائل. سنكتشف أين يجب إخفاء احتياطياتها غير المحدودة.

أسلم الدم

بادئ ذي بدء ، يستخدم الناس مساعدة المانحين لعدم وجود أخرى. يمكن أن يكون الدم نفسه من متبرع مصدرًا للعديد من المخاطر. في بعض الأحيان يكون الناس حاملين لجميع أنواع العدوى دون الشك في ذلك. يقوم اختبار سريع بفحص الدم بحثًا عن الإيدز والتهاب الكبد والزهري ، ولكن لا يمكن اكتشاف الفيروسات والعدوى الأخرى على الفور إذا لم يكن المانح نفسه يعرف عنها.

على الرغم من تدابير الحماية ، غالبًا ما تنتقل الفيروسات المختلفة مع الدم. على سبيل المثال ، الهربس ، الفيروس المضخم للخلايا ، فيروس الورم الحليمي. ينتقل التهاب الكبد في بعض الأحيان أيضًا ، حيث يمكن للاختبارات تحديد وجود التهاب الكبد بعد بضعة أشهر فقط من دخوله إلى مجرى الدم.
يمكن تخزين الدم الطازج فقط لمدة 42 يومًا (تقريبًا) وبضع ساعات فقط دون تبريد. تقول الإحصائيات الأمريكية أن حوالي 46 شخصًا يموتون في يوم واحد بسبب فقدان الدم - وهذا سبب آخر وراء عمل العلماء (ليس فقط في الولايات المتحدة) منذ عقود لإيجاد بديل دم مناسب.

الدم الاصطناعي سيوفر كل المشاكل. قد يكون الدم الاصطناعي أفضل من الدم الحقيقي. تخيل أنها مناسبة للمرضى من أي مجموعة ، يتم تخزينها لفترة أطول من الدم العادي وفي ظروف أكثر رقة ، يتم تصنيعها بسرعة وبكميات كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن جعل تكلفة الدم الاصطناعي أقل من تكلفة الدم من المتبرعين.

أزمة الهيموجلوبين

استمرت محاولات تكوين دم صناعي منذ حوالي 60 عامًا. وإذا أخذنا كأساس تجارب الجراح السوفييتي فلاديمير شاموف على نقل الدم بالجثث ، التي أجريت لأول مرة في عام 1928 ، فقد اتضح أن مسار نقل الدم ليس من المتبرعين العاديين هو 90 عامًا تقريبًا.

لا يتجلط الدم الكادفي بسبب نقص بروتين الفيبرينوجين فيه ، ولا يتطلب إضافة مثبت للتخزين ، ويمكن نقله إلى مريض لديه أي فصيلة دم. يمكنك الحصول عليها كثيرًا - تسمح لك جثة واحدة في المتوسط ​​بتحضير 2.9 لترًا من الدم.

في عام 1930 ، استخدم الجراح والعالم السوفييتي سيرجي يودين لأول مرة نقل الدم في عيادة للقتلى فجأة. في وقت لاحق ، تم تطبيق الخبرة المكتسبة بنجاح خلال سنوات الحرب العالمية الثانية ، عندما أصبح الدم الذي تم تلقيه من الموتى هو الفرصة الوحيدة لبقاء الجنود الجرحى.

بدأت التجارب الأولى الناجحة نسبياً للدم الاصطناعي في الثمانينيات من القرن الماضي ، عندما حاول العلماء حل مشكلة توصيل الأكسجين إلى الأعضاء. تم صنع الخلايا الاصطناعية من الهيموغلوبين البشري المنقى الذي يحمل الأكسجين البروتيني. ومع ذلك ، اتضح أن الهيموغلوبين خارج الخلية يتفاعل بشكل سيئ مع الأعضاء ، ويضر الأنسجة ويؤدي إلى تضيق الأوعية. خلال التجارب السريرية على بدائل الدم الأولى ، عانى بعض المرضى من السكتات الدماغية. لم تنتهي التجارب عند هذا الحد ، فقط في بدائل الدم تلقت جزيئات الهيموغلوبين طلاء بوليمر اصطناعي خاص.

الدم فقط أضف الماء

الجزيئات المحمية عبارة عن مساحيق يمكن استخدامها في أي مكان عن طريق سكب الماء. يمكن استخدام الخلايا الاصطناعية مع أي نوع من الدم وتخزينها لفترة طويلة في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك ، فإنها لن تساعد في فقدان الدم الشديد وتدعم المريض فقط حتى يتم نقل الدم الحقيقي من المتبرع.

في دراسة أخرى ، تم استخدام المركبات الكربونية الفلورية المشبعة بدلاً من الهيموغلوبين. هذه عبارة عن هيدروكربونات يتم فيها استبدال كل ذرات الهيدروجين بذرات الفلور. وهي قادرة على إذابة عدد كبير من الغازات المختلفة ، بما في ذلك الأكسجين.

تحتوي هذه الزجاجات على أوكسيسيت ، وهو دم صناعي أبيض يتكون من عدة مركبات كربونية فلورية مشبعة

تم تطوير بديل Fluosol-DA-20 هيموغلوبين بيرفلوروكربون في اليابان وتم اختباره لأول مرة في الولايات المتحدة في نوفمبر 1979. وكان أول من استقبلها مرضى رفضوا نقل الدم لأسباب دينية. من عام 1989 إلى عام 1992 ، استخدم أكثر من 40.000 شخص الفلوسول. بسبب الصعوبات في تخزين الدواء وتكلفته المرتفعة ، انخفضت شعبيته وأغلق الإنتاج. في عام 2014 ، ظهر Oxycyte perfluorocarbon ، ولكن الاختبارات تم تقليصها لأسباب غير معروفة.

كما جرت محاولة لإنشاء بديل للدم يعتمد على الهيموغلوبين البقري. كان حامل الأكسجين Hemopure مستقرًا لمدة 36 شهرًا في درجة حرارة الغرفة ومتوافق مع جميع أنواع الدم. وافق Hemopure للمبيعات التجارية في جنوب أفريقيا في أبريل 2001. في عام 2009 ، أفلست الشركة المصنعة Hemopure دون الحصول على إذن لاختبار المنتج سريريًا في البشر في الولايات المتحدة.

طريق المقلدين الشائكة

إن تطبيق طلاء بوليمر على جزيئات الهيموغلوبين هو عملية شاقة لا تقلل من تكلفة الدم الاصطناعي. بالإضافة إلى ذلك ، الهيموغلوبين ليس سوى جزء من المشكلة. كل مجموعة من الخلايا (خلايا الدم الحمراء والصفائح الدموية وخلايا الدم البيضاء) لها معناها الخاص للجسم. تهدف التطورات في مجال بدائل الدم بشكل أساسي إلى إعادة إنتاج وظيفة واحدة فقط من الدم: تزويد الأنسجة بالأكسجين. وبعبارة أخرى ، فإن المنطقة الموجودة خارج خلايا الأكسجين التي تنقل خلايا الدم الحمراء هي غابة سالكة من المخاطر بالنسبة للعلماء.

كما قال عالم الفيزياء الحيوية ميخائيل بانتيليف في مقال حول مشاكل الدم الاصطناعي ، في السنوات الأخيرة ، تمكنوا من التقدم بشكل كبير في مجال تقليد الصفائح الدموية ، المسؤولة عن إصلاح الإصابات مع نزيف صغير. العلماء يأخذون ليبوزوم أو كبسولة نانوية بحجم مئات النانومتر وإدخال البروتينات اللازمة في ذلك. تسمح لك الصفائح الصناعية بالحصول على موطئ قدم للصفائح الدموية القليلة التي لا يزال لديها شخص يعاني من فقدان دم شديد. ولكن عندما لا يكون للجسم الصفائح الدموية الخاصة به ، فإن الصفائح الاصطناعية لن تساعد.

على الرغم من حقيقة أن الصفائح الدموية الاصطناعية لا تحتوي على جميع وظائف الخلايا الحية الحقيقية ، فإنها يمكن أن توقف بنجاح النزيف في الحالات الطارئة.

يبدو الدم من ديدان البحر

باستخدام البروتينات الصحيحة ، يمكنك القيام بالكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام. ابتكر علماء رومانيون من جامعة Babesh-Boyai بديلاً صناعيًا للدم يعتمد على بروتين Hemerythrin المحتوي على الحديد ، والذي تستخدمه بعض أنواع الديدان البحرية لنقل الأكسجين. تعمق فريق الكيمياء الحيوية في جامعة رايس وبدأ في استخدام البروتينات من عضلات الحيتان. اتضح أن الحيتان تحتوي على ميوجلوبين ، الذي يتراكم الأكسجين في العضلات ، على غرار الهيموغلوبين من دم الإنسان. قد لا تظهر الحيوانات في أعماق البحار ، التي تحتوي على كمية كبيرة من الأكسجين في العضلات ، لفترة طويلة. استنادًا إلى دراسة بروتين الحيتان ، سيكون من الممكن زيادة كفاءة تخليق الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء الاصطناعية.

الأمور أسوأ بكثير مع خلايا الدم البيضاء ، والتي تعد جزءًا لا يتجزأ من جهاز المناعة في الجسم. يمكن استبدال نفس خلايا الدم الحمراء ، حاملات الأكسجين ، مع نظائرها الاصطناعية - على سبيل المثال ، البيرفلوران الذي تم إنشاؤه في روسيا. بالنسبة للكريات البيض ، لم يتم اختراع أي شيء أفضل من الخلايا الجذعية ، ولكن على طول الطريق كانت هناك العديد من الصعوبات المرتبطة بالأفعال العدوانية للخلايا ضد مضيف جديد.

نانوبلوود

طور روبرت فريتاس ، مؤلف أول دراسة تقنية عن الاستخدام الطبي المحتمل لتقنية النانو الجزيئية الافتراضية وتكنولوجيا النانو الطبية الافتراضية ، مشروعًا تفصيليًا لإنشاء خلية دم حمراء اصطناعية ، أطلق عليها "خلية التنفس".

في عام 2002 ، اقترح فريتاس في كتابه Roboblood (الدم الآلي) مفهوم الدم الاصطناعي ، حيث سيكون هناك بدلاً من الخلايا البيولوجية 500 تريليون روبوت نانوي. يمثل Freitas دم المستقبل في شكل نظام روبوتي طبي معقد متعدد الأجزاء قادر على تبادل الغازات والجلوكوز والهرمونات وإزالة مكونات خلايا النفايات ، وتنفيذ عملية تقسيم السيتوبلازم ، إلخ.

في الوقت الذي تم فيه إنشاء المفهوم ، بدا العمل رائعًا ، ولكن بعد 15 عامًا ، أي الآن ، في عام 2017 ، أعلن العلماء اليابانيون عن إنشاء روبوت ميكروبي جزيئي حيوي يتحكم فيه DNA. قام الباحثون اليابانيون بحل واحدة من أكثر المهام تعقيدًا في مجال تكنولوجيا النانو - فقد قدموا آلية لتحريك الجهاز من خلال استخدام DNA اصطناعي وحيد السلسلة.

في عام 2016 ، نشر علماء سويسريون دراسة في مجلة Nature Communication حول إنشاء نموذج أولي لروبوت النانو قادر على إجراء العمليات داخل الشخص. لا توجد محركات أو مفاصل صلبة في التصميم ، والجسم نفسه مصنوع من هيدروجيل متوافق مع الأنسجة الحية. الحركة في هذه الحالة بسبب الجسيمات النانوية المغناطيسية والمجال الكهرومغناطيسي.

لا يزال فريتاس ، مسترشداً بهذه الدراسات ، متفائلاً: فهو واثق من أنه في غضون 20-30 عامًا سيكون من الممكن استبدال دم الإنسان بروبوتات النانو ، التي تعمل بالجلوكوز والأكسجين. لقد تعلم العلماء اليابانيون بالفعل كيفية إنتاج الكهرباء من جلوكوز الجسم.

دم الخلايا الجذعية

تؤدي الخلايا الجذعية المكونة للدم المشتقة من نخاع العظام إلى ظهور جميع أنواع خلايا الدم

في عام 2008 ، كان من الممكن تحديد إنتاج خلايا الدم من الخلايا الجذعية متعددة القدرات (القادرة على اكتساب وظائف مختلفة) التي تم الحصول عليها من الأعضاء البشرية. أثبتت الخلايا الجذعية أنها أفضل مصادر خلايا الدم الحمراء.

في عام 2011 ، أجرى باحثون من جامعة بيير وماري كوري (فرنسا) أول عملية نقل صغيرة للمتطوعين لخلايا الدم الحمراء المزروعة في المختبر. تصرفت هذه الخلايا تمامًا مثل خلايا الدم الحمراء الطبيعية ، حيث لا يزال حوالي 50٪ منها يدور في الدم بعد 26 يومًا من نقل الدم. في التجربة ، تم صب 10 مليار خلية اصطناعية في المتطوعين ، وهو ما يعادل 2 ملليلتر من الدم.

كانت التجربة ناجحة ، ولكن ظهرت مشكلة أخرى - تمكنت إحدى الخلايا الجذعية المكونة للدم من إنتاج ما يصل إلى 50 ألف خلية دم حمراء فقط ، ثم ماتت. إن الحصول على خلايا جذعية جديدة ليست عملية رخيصة ، لذلك أصبحت تكلفة لتر واحد من الدم الاصطناعي مرتفعة جدًا.

في عام 2017 ، أجرى علماء من NHS Blood and Transplant ، مع زملائهم من جامعة بريستول ، تجارب مع الخلايا الجذعية المكونة للدم . اتضح أنه في وقت مبكر من الخلية ، كلما زادت قدرتها على التجدد - وبالتالي ، مع خلية واحدة فقط المكونة للدم ، يمكن استعادة جميع الأنسجة المكونة للدم في الماوس. تمكن العلماء من استخدام الخلايا الجذعية لإنتاج الدم الاصطناعي في المراحل الأولى من التطور ، مما جعل من الممكن أخيرًا إنتاجه بكميات غير محدودة تقريبًا.

سيتم اختبار خلايا الدم الحمراء التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة في البشر في نهاية عام 2017. إن التوليد المستمر لخلايا الدم الحمراء من الخلايا المناسبة يقلل من تكلفة الدم الاصطناعي ، لكن مستقبله يعتمد على اجتياز مرحلة التجارب السريرية.

وحتى بعد التجارب السريرية الناجحة ، لا يمكن لأحد أن يحل محل المانحين العاديين. الدم الاصطناعي في السنوات الأولى من ظهوره سيساعد الأشخاص الذين يعانون من فصيلة دم نادرة ، في النقاط الساخنة وفي أفقر دول العالم.

مصادر:

ينضم باحثو ميسوري إلى البحث عن أحد محاجر الأدوية المراوغة: الدم الاصطناعي
إن الدم الاصطناعي المنتج بكميات كبيرة هو الآن احتمال حقيقي
السعي الطويل لخلق دم صناعي قد ينتهي قريبًا
ما هو الدم الصناعي ولماذا ستقوم المملكة المتحدة بتجربته؟
البحث عن واحدة من الكؤوس المقدسة في العلم: الدم الاصطناعي